JP7599459B2 - Method for producing gasoline alternative fuel and gasoline alternative fuel - Google Patents
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Description
本発明は、再生可能エネルギーを用いたガソリン代替燃料の製造方法およびガソリン代替燃料に関する。 The present invention relates to a method for producing a gasoline alternative fuel using renewable energy and to a gasoline alternative fuel.
従来より、ガソリン代替燃料としての燃料組成物が知られている(例えば特許文献1参照)。上記特許文献1記載の燃料組成物は、リサーチ法オクタン価が89.0以上であり、天然ガスや石油液化ガス等から得られたFT合成基材A(50≧A>0)容量%と、炭素数4~8のエーテル類B(25≧B≧0)容量%と、炭素数2~4のアルコール類C(15≧C≧0)容量%とを含有する(B+C>0,A≧B+C)。
Fuel compositions as alternative fuels to gasoline have been known for some time (see, for example, Patent Document 1). The fuel composition described in
しかしながら、上記特許文献1記載の燃料組成物では、原料として化石燃料が用いられるため、最終的に製造される燃料の単位エネルギーあたりの炭素排出量(炭素強度)を抑制することが難しい。気候変動の緩和または影響軽減に寄与する観点では、炭素強度の高い化石燃料の消費量を抑制することが望ましい。
However, since the fuel composition described in
本発明の一態様は、再生可能電力を用いたフィッシャー・トロプシュ合成により得られたFT軽質ナフサと、バイオマスから得られたバイオアルコールと、を混合してガソリン代替燃料を製造するガソリン代替燃料の製造方法である。 One aspect of the present invention is a method for producing an alternative gasoline fuel by mixing FT light naphtha obtained by Fischer-Tropsch synthesis using renewable electricity and bioalcohol obtained from biomass to produce an alternative gasoline fuel.
ガソリン代替燃料の製造方法は、FT軽質ナフサのオクタン価と、バイオアルコールのブレンディングオクタン価と、予め定められた目標オクタン価と、に基づいて、FT軽質ナフサに対するバイオアルコールの混合割合を決定し、決定されたバイオアルコールの混合割合と、FT軽質ナフサのオレフィン含有割合と、に基づいて、ガソリン代替燃料のオレフィン含有割合が10vol%以下となるように、FT軽質ナフサに含まれるオレフィンをパラフィンに水素化するときの水素化割合を決定し、決定された水素化割合に応じてFT軽質ナフサを水素化し、決定されたバイオアルコールの混合割合に応じて、水素化されたFT軽質ナフサにバイオアルコールを混合することを含む。
The method for producing a gasoline alternative fuel includes determining a blending ratio of bioalcohol to FT light naphtha based on the octane number of the FT light naphtha, the blending octane number of the bioalcohol, and a predetermined target octane number; determining a hydrogenation ratio when hydrogenating olefins contained in the FT light naphtha to paraffins based on the determined blending ratio of bioalcohol and the olefin content ratio of the FT light naphtha so that the olefin content ratio of the gasoline alternative fuel is 10 vol% or less; hydrogenating the FT light naphtha in accordance with the determined hydrogenation ratio; and blending the bioalcohol into the hydrogenated FT light naphtha in accordance with the determined blending ratio of bioalcohol .
本発明によれば、炭素強度の低いガソリン代替燃料を製造することができる。 The present invention makes it possible to produce a gasoline alternative fuel with low carbon intensity.
以下、図1~図10を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態に係るガソリン代替燃料の製造方法では、再生可能電力を用いたフィッシャー・トロプシュ合成により得られたオクタン価の低いFT軽質ナフサを改質することで、炭素強度が低く、オクタン価がガソリン相当となるガソリン代替燃料を製造する。特に、FT軽質ナフサを基材とし、オクタン価向上剤としてバイオアルコールを混合することで、炭素強度が極めて低いガソリン代替燃料を製造する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to Figs. 1 to 10. In the method for producing a gasoline alternative fuel according to an embodiment of the present invention, a gasoline alternative fuel with a low carbon strength and an octane number equivalent to that of gasoline is produced by reforming FT light naphtha with a low octane number obtained by Fischer-Tropsch synthesis using renewable electricity. In particular, a gasoline alternative fuel with an extremely low carbon strength is produced by using FT light naphtha as a base material and mixing bioalcohol as an octane number improver.
地球の平均気温は、大気中の温室効果ガスにより、生物に適した温暖な状態に保たれている。具体的には、太陽光で暖められた地表面から宇宙空間へと放射される熱の一部を温室効果ガスが吸収し、地表面へと再放射することで、大気が温暖な状態に保たれている。このような大気中の温室効果ガスの濃度が増加すると、地球の平均気温が上昇する(地球温暖化)。 The Earth's average temperature is kept warm enough for living things by greenhouse gases in the atmosphere. Specifically, greenhouse gases absorb some of the heat radiated from the Earth's surface, which is warmed by sunlight, into space, and then re-radiate it back to the Earth's surface, thereby keeping the atmosphere warm. If the concentration of greenhouse gases in the atmosphere increases, the Earth's average temperature will rise (global warming).
温室効果ガスの中でも地球温暖化への寄与が大きい二酸化炭素の大気中における濃度は、植物や化石燃料として地上や地中に固定された炭素と、二酸化炭素として大気中に存在する炭素とのバランスによって決定される。例えば、植物の生育過程での光合成により大気中の二酸化炭素が吸収されると大気中の二酸化炭素濃度が減少し、化石燃料の燃焼により二酸化炭素が大気中に放出されると大気中の二酸化炭素濃度が増加する。地球温暖化を抑制するには、化石燃料を太陽光、風力、水力、地熱、あるいはバイオマス等の再生可能エネルギーで代替し、炭素排出量を低減することが必要となる。 Of all greenhouse gases, carbon dioxide contributes greatly to global warming. Its concentration in the atmosphere is determined by the balance between carbon fixed on the ground or underground as plants and fossil fuels, and carbon present in the atmosphere as carbon dioxide. For example, when carbon dioxide in the atmosphere is absorbed through photosynthesis during plant growth, the concentration of carbon dioxide in the atmosphere decreases, and when carbon dioxide is released into the atmosphere through the combustion of fossil fuels, the concentration of carbon dioxide in the atmosphere increases. To curb global warming, it is necessary to replace fossil fuels with renewable energy sources such as solar, wind, hydroelectric, geothermal, or biomass, and reduce carbon emissions.
図1は、このような再生可能エネルギーを利用して製造される再生可能燃料(e-fuel)について説明するための図である。図1に示すように、太陽光発電や風力発電、水力発電、地熱発電等により再生可能電力が生成され、再生可能電力により水の電気分解が行われて再生可能水素が生成される。さらに、再生可能水素と、工場排ガス等から回収された二酸化炭素とを利用し、FT(フィッシャー・トロプシュ)合成によりe-fuelとしてのFT粗油が生成される。 Figure 1 is a diagram explaining renewable fuels (e-fuels) produced using such renewable energy. As shown in Figure 1, renewable electricity is generated by solar power generation, wind power generation, hydroelectric power generation, geothermal power generation, etc., and renewable hydrogen is produced by electrolysis of water using the renewable electricity. Furthermore, FT (Fischer-Tropsch) synthesis is performed using renewable hydrogen and carbon dioxide captured from factory exhaust gases, etc. to produce FT crude oil as e-fuel.
FT粗油には、重合反応であるFT合成プロセスの原理上、多様な成分が含まれる。このようなFT粗油は、沸点範囲に応じて分留し、e-fuelとしてのFTディーゼル、ジェット燃料、およびFT軽質ナフサに分離することができる。このうち、FTディーゼルはディーゼルエンジン用の燃料として、ジェット燃料はジェットエンジン用の燃料として、そのまま利用することができる。 FT crude oil contains a variety of components due to the principle of the FT synthesis process, which is a polymerization reaction. Such FT crude oil can be fractionated according to the boiling point range and separated into FT diesel, jet fuel, and FT light naphtha as e-fuels. Of these, FT diesel can be used as fuel for diesel engines, and jet fuel can be used as fuel for jet engines as is.
FT軽質ナフサには、主成分として炭素数が6~10程度の鎖状飽和炭化水素(ノルマルパラフィン)が含まれる。また、FT合成プロセスに用いられる触媒や反応温度、反応時間等に応じた含有割合で、副成分として不飽和炭化水素(オレフィン)や芳香族炭化水素(アロマ)等が含まれる。このようなFT軽質ナフサは、蒸気圧特性(気化特性)がガソリン規格に適合するため、ガソリン代替燃料の基材として好適である。しかしながら、FT軽質ナフサは、オクタン価(リサーチ法オクタン価)が60~70程度とガソリン規格(90程度)より低く、そのままガソリンエンジン用の燃料として利用すると、ノッキングが発生し、エンジンの燃焼性能を損なうおそれがある。 FT light naphtha contains linear saturated hydrocarbons (normal paraffins) with carbon numbers of about 6 to 10 as its main component. In addition, unsaturated hydrocarbons (olefins) and aromatic hydrocarbons (aromas) are contained as secondary components in a content ratio that depends on the catalyst, reaction temperature, reaction time, etc. used in the FT synthesis process. Such FT light naphtha is suitable as a base material for gasoline alternative fuels because its vapor pressure characteristics (vaporization characteristics) comply with gasoline standards. However, FT light naphtha has an octane number (research method octane number) of about 60 to 70, which is lower than the gasoline standard (about 90), and if it is used as fuel for gasoline engines as is, knocking may occur and the combustion performance of the engine may be impaired.
図2は、オクタン価向上剤について説明するための図であり、オクタン価65のFT軽質ナフサ(基材)に各種のオクタン価向上剤を混合して得られた燃料のオクタン価の測定結果の一例を示す。図2に示すように、オクタン価向上剤としてエタノールを利用する場合、他のオクタン価向上剤(図2ではジイソブチレン、シクロペンタン、トルエン)よりも少ない混合割合で所望のオクタン価(例えば90程度)を達成することができる。また、エタノールは、混合割合が少ない領域でのオクタン価向上率(いわゆるブレンディングオクタン価)が高い。エタノールのほか、プロパノールやブタノール等のアルコールでも同様の傾向が見られる。 Figure 2 is a diagram for explaining octane number improvers, and shows an example of the measurement results of the octane number of fuel obtained by mixing various octane number improvers with FT light naphtha (base material) with an octane number of 65. As shown in Figure 2, when ethanol is used as an octane number improver, the desired octane number (e.g., about 90) can be achieved at a lower mixing ratio than other octane number improvers (diisobutylene, cyclopentane, and toluene in Figure 2). Furthermore, ethanol has a high octane number improvement rate (so-called blending octane number) in the range where the mixing ratio is low. In addition to ethanol, a similar tendency is seen with alcohols such as propanol and butanol.
図3は、燃料の炭素強度について説明するための図であり、各種の燃料を車載燃料として利用した場合の炭素強度の一例を示す。図3に示すように、e-fuelであるFT軽質ナフサの炭素強度は1g/mileであり、化石燃料由来のガソリンの炭素強度である220g/mileよりも極めて低い。また、バイオアルコール、例えばバイオエタノールの炭素強度は、73~161g/mileであり、化石燃料由来のガソリンの炭素強度よりは低いものの、e-fuelであるFT軽質ナフサの炭素強度よりは高い。 Figure 3 is a diagram for explaining the carbon strength of fuels, showing an example of the carbon strength when various fuels are used as vehicle fuel. As shown in Figure 3, the carbon strength of FT light naphtha, which is an e-fuel, is 1 g/mile, which is significantly lower than the carbon strength of 220 g/mile of gasoline derived from fossil fuels. In addition, the carbon strength of bioalcohol, for example bioethanol, is 73 to 161 g/mile, which is lower than the carbon strength of gasoline derived from fossil fuels, but higher than the carbon strength of FT light naphtha, which is an e-fuel.
バイオエタノール等のバイオアルコールをガソリンに混合したバイオアルコール混合燃料は、車載燃料として世界的に普及している。特に、バイオエタノール混合燃料は普及率が高く、したがって可用性が高い。そこで、本実施形態では、e-fuelであるFT軽質ナフサを基材としてバイオアルコールを混合し、改質することで、オクタン価がガソリン相当であり、かつ、炭素強度が極めて低いガソリン代替燃料を製造する、ガソリン代替燃料の製造方法について説明する。 Bioalcohol blended fuels, which are made by blending bioalcohol such as bioethanol with gasoline, are becoming popular worldwide as vehicle fuel. In particular, bioethanol blended fuels are widely used and therefore highly available. In this embodiment, a method for producing a gasoline alternative fuel is described, in which bioalcohol is mixed with and reformed using FT light naphtha, an e-fuel, as a base material to produce a gasoline alternative fuel with an octane number equivalent to gasoline and an extremely low carbon intensity.
図4は、基材の組成によるオクタン価向上効果の違いについて説明するための図であり、一例として、オクタン価90を達成するために必要なエタノールの混合割合(化学反応解析による計算結果)を示す。図4に示すように、オクタン価90を達成するために必要なエタノールの混合割合は、基材の組成にかかわらず、基材のオクタン価が低いほど高くなる。また、副成分としてアロマを含む基材は、主成分であるパラフィンのみの基材よりも、オクタン価90を達成するために必要なエタノールの混合割合が高くなる。さらに、副成分としてオレフィンを含む基材は、副成分としてアロマを含む基材よりも、オクタン価90を達成するために必要なエタノールの混合割合が高くなる。プロパノールやブタノールでも同様の傾向が見られる。これは、オレフィンやアロマがエタノール等のアルコールによるオクタン価向上効果を阻害するためである。 Figure 4 is a diagram for explaining the difference in the octane number improvement effect depending on the composition of the base material, and shows, as an example, the mixing ratio of ethanol required to achieve an octane number of 90 (calculated by chemical reaction analysis). As shown in Figure 4, the mixing ratio of ethanol required to achieve an octane number of 90 increases as the octane number of the base material decreases, regardless of the composition of the base material. In addition, a base material containing aroma as a secondary component requires a higher mixing ratio of ethanol to achieve an octane number of 90 than a base material containing only paraffin as the main component. Furthermore, a base material containing olefin as a secondary component requires a higher mixing ratio of ethanol to achieve an octane number of 90 than a base material containing aroma as a secondary component. A similar tendency is seen with propanol and butanol. This is because olefins and aromas inhibit the octane number improvement effect of alcohols such as ethanol.
図5は、燃料組成による炭素強度の違いについて説明するための図であり、一例として、オクタン価90の燃料の炭素強度を示す。図2および図5に示すように、化石燃料由来のガソリンの炭素強度は、220g/mileである。一方、パラフィン85vol%、オレフィン15vol%含むオクタン価60のe-fuel基材69vol%と、バイオエタノール(コーン由来)31vol%とを混合した燃料の炭素強度は、50.6g/mileとなる。さらに、パラフィンのみを含むオクタン価60のe-fuel基材79vol%と、バイオエタノール(コーン由来)21vol%とを混合した燃料の炭素強度は、34.6g/mileとなる。 Figure 5 is a diagram for explaining the difference in carbon strength due to fuel composition, and shows the carbon strength of a fuel with an octane number of 90 as an example. As shown in Figures 2 and 5, the carbon strength of gasoline derived from fossil fuels is 220 g/mile. On the other hand, the carbon strength of a fuel made by mixing 69 vol% of an e-fuel base material with an octane number of 60 containing 85 vol% paraffin and 15 vol% olefin with 31 vol% bioethanol (derived from corn) is 50.6 g/mile. Furthermore, the carbon strength of a fuel made by mixing 79 vol% of an e-fuel base material with an octane number of 60 containing only paraffin with 21 vol% bioethanol (derived from corn) is 34.6 g/mile.
このように、エタノール等のアルコールによるオクタン価向上効果を阻害するオレフィンの、基材における含有割合を低減することで、オクタン価90を達成するために必要なアルコールの混合割合を低減し、得られる燃料の炭素強度を低減することができる。図5の例では、基材のオレフィン含有割合を15vol%から0vol%に低減することで、得られる燃料の炭素強度が50.6g/mileから34.6g/mileまで、約32%低減されている。 In this way, by reducing the content of olefins in the base material, which inhibit the octane number improving effect of alcohols such as ethanol, the mixing ratio of alcohol required to achieve an octane number of 90 can be reduced, and the carbon strength of the resulting fuel can be reduced. In the example of Figure 5, by reducing the olefin content of the base material from 15 vol% to 0 vol%, the carbon strength of the resulting fuel is reduced by approximately 32%, from 50.6 g/mile to 34.6 g/mile.
オレフィンは、水素化(分解反応)によりパラフィン(ノルマルパラフィン)に変換することができる。オレフィンからパラフィンへの水素化は、シリカ・アルミナ等の酸性担体にタングステン、鉄、ニッケル等の活性金属を担持した触媒の存在下、高温(200~430℃程度)、高圧(70~210kg/cm2程度)、水素気流中で進行する。この反応は、固定床式の反応器で行われてもよく、流動床式の反応器で行われてもよい。オレフィンからパラフィンへの水素化には、再生可能電力による水の電気分解で得られた再生可能水素(図1)を用いることができるが、追加的なエネルギー投入が必要となる。 Olefins can be converted to paraffins (normal paraffins) by hydrogenation (cracking reaction). Hydrogenation of olefins to paraffins proceeds in the presence of a catalyst in which an active metal such as tungsten, iron, or nickel is supported on an acidic carrier such as silica or alumina, at high temperature (about 200 to 430°C), high pressure (about 70 to 210 kg/ cm2 ), and in a hydrogen stream. This reaction may be carried out in a fixed-bed reactor or a fluidized-bed reactor. Renewable hydrogen obtained by electrolysis of water using renewable electricity (Figure 1) can be used to hydrogenate olefins to paraffins, but additional energy input is required.
図6は、基材のオレフィン含有割合とオクタン価向上率との関係について説明するための図であり、一例として、オレフィン含有割合の異なる基材にエタノール1vol%を混合したときのオクタン価向上率(化学反応解析による計算結果)を示す。より具体的には、オレフィン含有割合0vol%の基材にエタノールを混合したときのオクタン価向上率((エタノール混合後のオクタン価)/(基材のオクタン価))を“1”として、基材のオレフィン含有割合を変えたときの相対的なオクタン価向上率を示す。 Figure 6 is a diagram for explaining the relationship between the olefin content of the substrate and the octane number improvement rate, and as an example, shows the octane number improvement rate (calculated by chemical reaction analysis) when 1 vol.% of ethanol is mixed into substrates with different olefin content rates. More specifically, the octane number improvement rate ((octane number after mixing with ethanol)/(octane number of substrate)) when ethanol is mixed into a substrate with an olefin content rate of 0 vol.% is set to "1", and the relative octane number improvement rate when the olefin content rate of the substrate is changed is shown.
図6に示すように、基材のオレフィン含有割合が高まるほど、エタノールの混合によるオクタン価向上率が低下するとともに、オクタン価向上率の低下割合が大きくなる。オクタン価向上率の低下割合は、10vol%付近を変曲点として、基材のオレフィン含有割合が高まるほど大きくなる。プロパノールやブタノールでも同様の傾向が見られる。このような傾向は、実際の実験結果でも確認することができる。エタノール等のアルコールの混合によるオクタン価向上効果と、水素化に必要となる追加的なエネルギー投入とを考慮すると、オレフィンからパラフィンへの水素化は、オレフィン含有割合が少なくとも10vol%以下になるまで行うことが好ましい。 As shown in FIG. 6, the higher the olefin content of the base material, the lower the octane number improvement rate due to the addition of ethanol, and the greater the rate of decrease in the octane number improvement rate. The rate of decrease in the octane number improvement rate increases as the olefin content of the base material increases, with an inflection point at around 10 vol.%. A similar tendency is seen with propanol and butanol. This tendency can also be confirmed by actual experimental results. Considering the effect of improving the octane number by adding alcohol such as ethanol, and the additional energy input required for hydrogenation, it is preferable to hydrogenate olefins to paraffins until the olefin content is at least 10 vol.% or less.
また、オレフィンは酸化安定性が低く、OICA(国際自動車工業連合会)のガソリン規格(カテゴリ3~6)では車載燃料中のオレフィン含有割合が10vol%以下に定められている。したがって、燃料の酸化安定性の観点でも、オレフィンからパラフィンへの水素化は、オレフィン含有割合が少なくとも10vol%以下になるまで行うことが好ましい。 Furthermore, olefins have low oxidation stability, and the OICA (International Organization of Automobiles) gasoline standard (category 3 to 6) stipulates that the olefin content in vehicle fuel must be 10 vol% or less. Therefore, from the standpoint of the oxidation stability of the fuel, it is preferable to hydrogenate olefins to paraffins until the olefin content is at least 10 vol% or less.
基材であるFT軽質ナフサの主成分でもあるノルマルパラフィンは、低温(5℃以下程度)で重質成分が析出する(パラフィンワックス)。したがって、燃料の低温性能の観点で、ノルマルパラフィンの一部を、異性化反応により、結晶化しにくいイソパラフィンに変換することが好ましい。なお、ノルマルパラフィンをイソパラフィンに異性化すると、異性化割合に応じて基材全体のオクタン価が向上する。ノルマルパラフィンからイソパラフィンへの異性化の割合は、設備仕様や投入可能なエネルギー量、コスト等により決定される。 Normal paraffin, which is also the main component of the base material FT light naphtha, precipitates heavy components at low temperatures (below about 5°C) (paraffin wax). Therefore, from the perspective of the low-temperature performance of the fuel, it is preferable to convert a portion of normal paraffin into isoparaffin, which is less likely to crystallize, through an isomerization reaction. When normal paraffin is isomerized into isoparaffin, the octane number of the entire base material increases depending on the isomerization ratio. The isomerization ratio from normal paraffin to isoparaffin is determined by the equipment specifications, the amount of energy that can be input, costs, etc.
図7は、アルコールのブレンディングオクタン価について説明するための図である。図7では、一例として、オクタン価の異なるオレフィン含有割合10vol%の基材にエタノールを混合したときの、化学反応計算による計算結果と実際の測定結果とに基づくブレンディングオクタン価を示す。図7に示すように、基材のオクタン価が50~100程度の低い領域では、基材のオクタン価が低いほど、エタノールを混合したときのオクタン価が高くなる。プロパノールやブタノールでも同様の傾向が見られる。 Figure 7 is a diagram for explaining the blending octane number of alcohols. As an example, Figure 7 shows the blending octane number based on the results of chemical reaction calculations and actual measurement results when ethanol is mixed with a base material with an olefin content of 10 vol% and a different octane number. As shown in Figure 7, in the low range of the base material's octane number of about 50 to 100, the lower the octane number of the base material, the higher the octane number when ethanol is mixed. A similar tendency is seen with propanol and butanol.
図8は、ガソリン代替燃料を得るために必要となるアルコールの混合割合について説明するための図であり、一例として、オクタン価90を達成するために必要なエタノールの混合割合を示す。図8では、図7のブレンディングオクタン価に基づいて下式(i)により算出したエタノールの混合割合bの計算結果を黒丸で示し、実験結果を白丸で示す。なお、式(i)において、(1-b)は、基材の混合割合を表す。図8に示すように、オクタン価90を達成するために必要なエタノールの混合割合は、図7のブレンディングオクタン価に基づく予測値(図8の実線)に概ね一致する。
(基材オクタン価)×(基材混合割合)+
(ブレンディングオクタン価)×(エタノール混合割合)=(所望のオクタン価)
(基材オクタン価)(1-b)+(ブレンディングオクタン価)b=90 ・・・(i)
FIG. 8 is a diagram for explaining the blending ratio of alcohol required to obtain a gasoline alternative fuel, and shows, as an example, the blending ratio of ethanol required to achieve an octane number of 90. In FIG. 8, the calculation result of the blending ratio b of ethanol calculated by the following formula (i) based on the blending octane number in FIG. 7 is shown by a black circle, and the experimental result is shown by a white circle. In the formula (i), (1-b) represents the blending ratio of the base material. As shown in FIG. 8, the blending ratio of ethanol required to achieve an octane number of 90 roughly coincides with the predicted value based on the blending octane number in FIG. 7 (solid line in FIG. 8).
(Base material octane number) x (Base material blend ratio) +
(Blending octane number) x (ethanol blend ratio) = (desired octane number)
(Base octane number) (1-b) + (Blending octane number) b = 90 ... (i)
基材(FT軽質ナフサ)のオクタン価は60~70程度であるため、図8に示すように、エタノールの混合割合は30vol%以下となる。したがって、基材にエタノールを混合して得られる最終的なガソリン代替燃料における基材(FT軽質ナフサ)の含有割合は、70vol%以上となる。エタノールのほか、プロパノールやブタノール等のアルコールを混合するでも同様の混合割合(アルコール30vol%以下、基材(FT軽質ナフサ)70vol%以上)となる。
The octane number of the base material (FT light naphtha) is around 60 to 70, so the blending ratio of ethanol is 30 vol% or less, as shown in Figure 8. Therefore, the content of base material (FT light naphtha) in the final gasoline alternative fuel obtained by blending ethanol with the base material will be 70 vol% or more. The same blending ratio (
図9は、本発明の実施形態に係るガソリン代替燃料の組成について説明するための図である。図9に示すように、FT軽質ナフサ(基材)には、主成分のノルマルパラフィンとともに、ovol%のオレフィンが含まれる。基材のオレフィン含有割合ovol%は、例えば実際の基材を分析して測定することができる。水素化を行い、オレフィンの一部(オレフィンの(100-α)vol%)をノルマルパラフィンに水素化した後の基材には、oαvol%のオレフィンが含まれる。さらに異性化を行い、ノルマルパラフィンの一部(基材全体のivol%)をイソパラフィンに異性化した後の基材には、ivol%のイソパラフィンが含まれる。 Figure 9 is a diagram for explaining the composition of a gasoline alternative fuel according to an embodiment of the present invention. As shown in Figure 9, FT light naphtha (base material) contains ovol% olefins along with normal paraffins as the main component. The olefin content ratio ovol% of the base material can be measured, for example, by analyzing the actual base material. After hydrogenation, in which a portion of the olefins ((100-α)vol% of olefins) are hydrogenated to normal paraffins, the base material contains oαvol% olefins. After further isomerization, in which a portion of the normal paraffins (ivol% of the entire base material) are isomerized to isoparaffins, the base material contains ivol% isoparaffins.
所望のオクタン価(例えばオクタン価90)となる最終的なガソリン代替燃料には、前処理(水素化、異性化)を行った後の基材100vol%に対し、bvol%のバイオアルコール(例えばバイオエタノール)が含まれる。基材に対するバイオアルコールの混合割合bは、図8に示すような予め定められた特性に基づいて算出することができる。基材のオクタン価は、FT合成プロセスに応じて推定される、あるいは分析により測定される基材の組成(ノルマルパラフィンの炭素数分布やオレフィン含有割合)、設備仕様等に応じて決定される異性化割合等に基づいて、加成計算により推定することができる。 The final gasoline alternative fuel with the desired octane number (e.g., 90 octane number) contains b vol % bioalcohol (e.g., bioethanol) per 100 vol % of the base material after pretreatment (hydrogenation, isomerization). The mixing ratio b of bioalcohol to the base material can be calculated based on predetermined characteristics such as those shown in Figure 8. The octane number of the base material can be estimated by additive calculation based on the composition of the base material (carbon number distribution and olefin content ratio of normal paraffin) estimated according to the FT synthesis process or measured by analysis, and the isomerization ratio determined according to the equipment specifications, etc.
最終的なガソリン代替燃料のオレフィン含有割合は、(oα/(100+b))となる。バイオアルコールの混合によるオクタン価向上効果および燃料の酸化安定性の観点から、下式(ii)を満たすように基材の水素化割合αを決定することが好ましい。基材の水素化に要する投入エネルギーとのバランスや過剰な水素化によるオクタン価の低下を考慮して、例えば下式(ii)の両辺が等しくなるように水素化割合αを決定することが好ましい。
100oα/(100+b)≦10 ・・・(ii)
The olefin content of the final gasoline alternative fuel is (oα/(100+b)). From the viewpoint of the octane number improving effect by mixing bioalcohol and the oxidation stability of the fuel, it is preferable to determine the hydrogenation ratio α of the base material so as to satisfy the following formula (ii). Taking into consideration the balance with the input energy required for hydrogenating the base material and the decrease in octane number due to excessive hydrogenation, it is preferable to determine the hydrogenation ratio α so that, for example, both sides of the following formula (ii) are equal.
100oα/(100+b)≦10...(ii)
図10は、本発明の実施形態に係るガソリン代替燃料の製造方法を例示する図である。図10に示すように、先ず、基材のオレフィン含有割合oを測定する(工程S1)。次いで、工程S1で測定された基材のオレフィン含有割合oと、設備仕様等に応じて決定される基材の異性化割合iとに基づいて、基材のオクタン価を算出する(工程S2)。次いで、図8に示すような予め定められた特性に基づいて、工程S2で算出された基材のオクタン価に応じた適切なバイオアルコールの混合割合bを算出する(工程S3)。より具体的には、式(i)に、工程S2で算出された基材のオクタン価と、図7に示すような基材のオクタン価に対応するバイオアルコールのブレンディングオクタン価と、達成すべきオクタン価(例えば、90)とを代入する。そして、式(i)の方程式をバイオアルコールの混合割合bについて解くことで、バイオアルコールの混合割合bおよび基材の混合割合(1-b)を算出する。
(基材オクタン価)×(基材混合割合)+
(ブレンディングオクタン価)×(バイオアルコール混合割合)=(所望のオクタン価)
(基材オクタン価)(1-b)+(ブレンディングオクタン価)b=90 ・・・(i)
FIG. 10 is a diagram illustrating a method for producing a gasoline alternative fuel according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, first, the olefin content ratio o of the base material is measured (step S1). Next, the octane number of the base material is calculated based on the olefin content ratio o of the base material measured in step S1 and the isomerization ratio i of the base material determined according to the equipment specifications, etc. (step S2). Next, based on the predetermined characteristics as shown in FIG. 8, an appropriate bioalcohol blending ratio b according to the octane number of the base material calculated in step S2 is calculated (step S3). More specifically, the octane number of the base material calculated in step S2, the blending octane number of the bioalcohol corresponding to the octane number of the base material as shown in FIG. 7, and the octane number to be achieved (for example, 90) are substituted into formula (i). Then, the equation of formula (i) is solved for the bioalcohol blending ratio b to calculate the bioalcohol blending ratio b and the base material blending ratio (1-b).
(Base material octane number) x (Base material blend ratio) +
(Blending octane number) x (bioalcohol blend ratio) = (desired octane number)
(Base octane number) (1-b) + (Blending octane number) b = 90 ... (i)
次いで、工程S3で算出されたバイオアルコールの混合割合bと、工程S1で測定された基材のオレフィン含有割合oとに基づいて、ガソリン代替燃料のオレフィン含有割合が10vol%以下となるように、基材中の水素化割合αを算出する(工程S4)。次いで、工程S4で算出された水素化割合αに応じてオレフィンを含む基材を水素化する(工程S5)。次いで、予め定められた異性化割合iに応じて、工程S5で水素化された基材をさらに異性化する(工程S6)。次いで、工程S6で異性化された基材に、工程S3で算出された混合割合bでバイオアルコールを混合する(工程S7)。これによりガソリン代替燃料が完成する。 Next, based on the bioalcohol mixing ratio b calculated in step S3 and the olefin content ratio o of the base material measured in step S1, the hydrogenation ratio α in the base material is calculated so that the olefin content ratio of the gasoline alternative fuel is 10 vol% or less (step S4). Next, the base material containing olefins is hydrogenated according to the hydrogenation ratio α calculated in step S4 (step S5). Next, the base material hydrogenated in step S5 is further isomerized according to a predetermined isomerization ratio i (step S6). Next, bioalcohol is mixed with the base material isomerized in step S6 at the mixing ratio b calculated in step S3 (step S7). This completes the gasoline alternative fuel.
本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
(1)再生可能電力を用いたFT合成により得られたFT軽質ナフサ(基材)と、バイオマスから得られたバイオアルコールと、を混合してガソリン代替燃料を製造するガソリン代替燃料の製造方法は、基材のオクタン価と、バイオアルコールのブレンディングオクタン価と、予め定められた目標オクタン価と、に基づいて、基材に対するバイオアルコールの混合割合bを決定し(工程S1~S3)、決定されたバイオアルコールの混合割合bと、基材のオレフィン含有割合oと、に基づいて、ガソリン代替燃料のオレフィン含有割合(oα/(100+b))が10vol%以下となるように、基材に含まれるオレフィンをパラフィンに水素化するときの水素化割合αを決定し(工程S4)、決定された水素化割合αに応じて基材を水素化し(工程S5)、決定されたバイオアルコールの混合割合bに応じて、水素化された基材にバイオアルコールを混合する(工程S7)ことを含む(図10)。
According to this embodiment, the following advantageous effects can be obtained.
(1) A method for producing a gasoline alternative fuel by mixing FT light naphtha (base material) obtained by FT synthesis using renewable electricity with bioalcohol obtained from biomass includes determining a mixing ratio b of bioalcohol to the base material based on the octane number of the base material, the blending octane number of the bioalcohol, and a predetermined target octane number (steps S1 to S3), determining a hydrogenation ratio α when hydrogenating olefins contained in the base material to paraffin based on the determined bioalcohol mixing ratio b and the olefin content ratio o of the base material so that the olefin content ratio (oα/(100+b)) of the gasoline alternative fuel is 10 vol% or less (step S4), hydrogenating the base material according to the determined hydrogenation ratio α (step S5), and mixing bioalcohol with the hydrogenated base material according to the determined bioalcohol mixing ratio b (step S7) (FIG. 10).
このように、e-fuelであるFT軽質ナフサを基材とし、バイオアルコールを適宜な割合で混合することで、オクタン価がガソリン相当であり、かつ、炭素強度が極めて低いガソリン代替燃料を製造することができる。また、基材を水素化し、オクタン価向上効果を阻害するオレフィンの含有割合を低減する前処理を行うことで、ガソリン相当のオクタン価を達成するために必要なバイオアルコールの混合割合を低減し、燃料の炭素強度を一層低減することができる(図5、図6)。 In this way, by using FT light naphtha, an e-fuel, as the base material and mixing it with bioalcohol in an appropriate ratio, it is possible to produce a gasoline alternative fuel with an octane number equivalent to that of gasoline and extremely low carbon intensity. In addition, by hydrogenating the base material and carrying out pre-processing to reduce the content of olefins that inhibit the effect of improving the octane number, it is possible to reduce the mixing ratio of bioalcohol required to achieve an octane number equivalent to that of gasoline, thereby further reducing the carbon intensity of the fuel (Figures 5 and 6).
(2)ガソリン代替燃料の製造方法は、水素化された基材に含まれるノルマルパラフィンをイソパラフィンに異性化する(工程S6)ことをさらに含む(図10)。これにより、燃料の低温性能を向上することができる。また、ノルマルパラフィンをイソパラフィンに異性化することでオクタン価が向上し、ガソリン相当のオクタン価を達成するために必要なバイオアルコールの混合割合が一層低減されるため、燃料の炭素強度を一層低減することができる。 (2) The method for producing a gasoline alternative fuel further includes isomerizing normal paraffins contained in the hydrogenated base material to isoparaffins (step S6) (FIG. 10). This improves the low-temperature performance of the fuel. In addition, isomerizing normal paraffins to isoparaffins improves the octane number, and the mixing ratio of bioalcohol required to achieve an octane number equivalent to that of gasoline is further reduced, thereby further reducing the carbon intensity of the fuel.
(3)バイオアルコールは、バイオエタノール、バイオプロパノール、およびバイオブタノールのいずれかである。例えば、普及率が高く、可用性が高いバイオエタノールをオクタン価向上剤として利用することができる。 (3) The bioalcohol is any one of bioethanol, biopropanol, and biobutanol. For example, bioethanol, which is widely used and has high availability, can be used as an octane enhancer.
(4)ガソリン代替燃料は、再生可能エネルギー由来のFT軽質ナフサ(基材)と、バイオアルコールと、を含有する(図1、図9)。ガソリン代替燃料のオレフィン含有割合は、10vol%以下である。基材に対するバイオアルコールの含有割合は、基材のオクタン価と、バイオアルコールのブレンディングオクタン価と、予め定められた目標オクタン価と、に基づいて定められる。オレフィン含有割合を10vol%以下とすることで、バイオアルコールの含有割合が最小限となり、炭素強度が極めて低いガソリン代替燃料を実現することができる。このような燃料は、酸化安定性についてのガソリン規格にも適合する。 (4) The gasoline alternative fuel contains FT light naphtha (base material) derived from renewable energy and bioalcohol (Figures 1 and 9). The olefin content of the gasoline alternative fuel is 10 vol% or less. The bioalcohol content relative to the base material is determined based on the octane number of the base material, the blending octane number of the bioalcohol, and a predetermined target octane number. By setting the olefin content to 10 vol% or less, the bioalcohol content is minimized, making it possible to realize a gasoline alternative fuel with extremely low carbon intensity. Such a fuel also complies with gasoline standards for oxidation stability.
上記実施形態では、図1等で再生可能水素と工場排ガス等から回収された二酸化炭素とを利用してFT合成を行う例を説明したが、再生可能電力を用いたFT合成は、このようなものに限らない。例えば、バイオマス、天然ガス、石炭等を利用してもよい。 In the above embodiment, an example of FT synthesis using renewable hydrogen and carbon dioxide recovered from factory exhaust gas, etc., has been described in FIG. 1 etc., but FT synthesis using renewable electricity is not limited to this. For example, biomass, natural gas, coal, etc. may be used.
上記実施形態では、図1等で分留によりFT粗油から炭素数6~10程度のFT軽質ナフサを得る例を説明したが、FT合成により得られたFT軽質ナフサは、このようなものに限らない。例えば、炭素数6~10程度のFT軽質ナフサが得られるようにFT合成プロセスの条件自体を適合してもよい。この場合、分留工程は不要となる。 In the above embodiment, an example of obtaining FT light naphtha having a carbon number of about 6 to 10 from FT crude oil by fractional distillation is described in FIG. 1 etc., but the FT light naphtha obtained by FT synthesis is not limited to this. For example, the conditions of the FT synthesis process itself may be adapted so that FT light naphtha having a carbon number of about 6 to 10 is obtained. In this case, the fractional distillation step is not necessary.
上記実施形態では、図10等で基材を異性化した上でバイオアルコールを混合する例を説明したが、ガソリン代替燃料の製造方法は、このようなものに限らない。
例えば、燃料の低温性能を考慮する必要がない場合には、異性化工程は不要となる。
In the above embodiment, an example in which the base material is isomerized and then bioalcohol is mixed therewith has been described with reference to FIG. 10 and the like, but the method for producing a gasoline alternative fuel is not limited to this.
For example, if the low temperature performance of the fuel is not a consideration, the isomerization step is not necessary.
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の1つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。 The above description is merely an example, and the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment and modifications, as long as the characteristics of the present invention are not impaired. It is also possible to arbitrarily combine one or more of the above-mentioned embodiment and modifications, and it is also possible to combine modifications together.
Claims (3)
前記FT軽質ナフサのオクタン価と、前記バイオアルコールのブレンディングオクタン価と、予め定められた目標オクタン価と、に基づいて、前記FT軽質ナフサに対する前記バイオアルコールの混合割合を決定し、
決定された前記バイオアルコールの混合割合と、前記FT軽質ナフサのオレフィン含有割合と、に基づいて、前記ガソリン代替燃料のオレフィン含有割合が10vol%以下となるように、前記FT軽質ナフサに含まれるオレフィンをパラフィンに水素化するときの水素化割合を決定し、
決定された前記水素化割合に応じて前記FT軽質ナフサを水素化し、
決定された前記バイオアルコールの混合割合に応じて、水素化された前記FT軽質ナフサに前記バイオアルコールを混合することを含むことを特徴とするガソリン代替燃料の製造方法。 A method for producing a gasoline alternative fuel by mixing FT light naphtha obtained by Fischer-Tropsch synthesis using renewable electricity and bioalcohol obtained from biomass,
Based on the octane number of the FT light naphtha, the blending octane number of the bioalcohol, and a predetermined target octane number, a mixing ratio of the bioalcohol to the FT light naphtha is determined;
Based on the determined mixing ratio of the bioalcohol and the olefin content ratio of the FT light naphtha, a hydrogenation ratio is determined when hydrogenating the olefins contained in the FT light naphtha into paraffins so that the olefin content ratio of the gasoline alternative fuel is 10 vol% or less;
Hydrogenating the FT light naphtha in accordance with the determined hydrogenation ratio;
A method for producing a gasoline alternative fuel, comprising mixing the hydrogenated FT light naphtha with the bioalcohol in accordance with the determined mixing ratio of the bioalcohol.
水素化された前記FT軽質ナフサに含まれるノルマルパラフィンをイソパラフィンに異性化することをさらに含むことを特徴とするガソリン代替燃料の製造方法。 2. The method for producing a gasoline alternative fuel according to claim 1,
A method for producing a gasoline alternative fuel, further comprising isomerizing normal paraffins contained in the hydrogenated FT light naphtha to isoparaffins.
前記バイオアルコールは、バイオエタノール、バイオプロパノール、およびバイオブタノールのいずれかであることを特徴とするガソリン代替燃料の製造方法。 3. The method for producing a gasoline alternative fuel according to claim 1 or 2,
The method for producing a gasoline alternative fuel, wherein the bioalcohol is any one of bioethanol, biopropanol, and biobutanol.
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